В первой части статьи рассматривается схемотехническое решение, устройство и конструкция DDS генератора (генератор с прямым цифровым синтезом формы сигнала) на микроконтроллере Atmel ATmega16. В приборе, кроме синтеза сигнала различной формы и частоты, реализуется возможность регулировки амплитуды и смещения выходного сигнала.
Основные характеристики прибора:
- простое схемотехническое решение, доступные компоненты;
- односторонняя печатная плата;
- сетевой источник питания;
- специализированный выход частоты от 1 МГц до 8 МГц;
- DDS выход с регулировкой амплитуды и смещения;
- форма выходного DDS сигнала: синусоида, прямоугольные импульсы, пилообразные импульсы, треугольные импульсы, ЭКГ, шум;
- для отображения текущих параметров используется двухстрочный ЖК дисплей;
- пятикнопочная клавиатура;
- шаг перестройки частоты: 1, 10, 10, 1000, 10000 Гц;
- восстановление последней конфигурации при включении;
- регулировка смещения: –5 В … +5 В;
- регулировка амплитуды: 0 … 10 В;
- регулировка частоты: 0 … 65534 Гц.
За основу прибора, а точнее алгоритм работы микроконтроллера, была взята разработка DDS генератора Jesper Hansen. Предложенный алгоритм был немного переработан и адаптирован под компилятор WinAVR-GCC
Сигнальный генератор имеет два выхода: выход DDS сигнала и выход высокочастотного сигнала (1 – 8 МГц) прямоугольной формы, который может использоваться для «оживления» микроконтроллеров с неправильными установками Fuse-битов или для других целей.
Высокочастотный сигнал поступает непосредственно с микроконтроллера, с вывода OC1A (PD5). DDS сигнал формируется микроконтроллером с использованием цепочки резисторов R2R (ЦАП), регулировка смещения и амплитуды возможна благодаря использованию низкопотребляющего операционного усилителя LM358N.
Блок-схема DDS генератора
Как видно, для питания устройства необходимо три напряжения: +5 В, +12 В, –12 В. Напряжения +12 В и –12 В используются для аналоговой части устройства на операционном усилителе для регулировки смещения и амплитуды.
Принципиальная схема источника питания изображена на рисунке ниже.
В источнике питания используются стабилизаторы напряжения LM7812, LM7805, LM7912 (стабилизатор отрицательного напряжения –12 В).
Внешний вид источника питания для генератора
Возможно использование компьютерного блока питания форм-фактора ATX, для этого необходимо распаять переходник в соответствии со схемой:
Принципиальная схема прибора
Для сборки прибора потребуется:
- микроконтроллер ATmega16;
- кварцевый резонатор 16 МГц;
- стандартный двухстрочный ЖК индикатор на базе контроллера HD44780;
- R2R ЦАП выполненный в виде цепочки резисторов;
- сдвоенный операционный усилитель LM358;
- два потенциометра;
- пять кнопок;
- несколько коннекторов и разъемов.
Рисунок печатной платы
Примененные компоненты, за исключением микроконтроллера и разъемов, в корпусах для поверхностного монтажа (smd).
Прибор смонтированный в корпусе
Тестовый запуск
Загрузки
Принципиальная схема и печатная плата (формат Eagle) - скачать
Проект для симуляции в среде Proteus - скачать
Во второй части статьи рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера и его основные отличия от версии, автором которой является Jesper Hansen, понакомимся с порядком работы и опциями меню. Кроме того, будут предоставлены изображения формы сигналов с DDS выхода генератора, снятых с помощью осциллографа.
Дополниельно имеется второй вариант конструкции DDS генератора на микроконтроллере ATmega16.